CN114265017A - 一种基于数字信号处理的相噪测量方法 - Google Patents

一种基于数字信号处理的相噪测量方法 Download PDF

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Abstract

相位噪声是雷达在复杂环境下的小目标探测和成像等应用场景下关注的一个重要指标，如何实现信号相噪的准确测量是利用低相噪信号源进行目标探测和成像前提。目前，通常采用的旁瓣抑制方法是在对采集信号做时域加窗处理，通过对采集信号时域加窗可以显著降低频域副瓣，消除旁瓣对远端相位噪声的影响，但时域加窗也会使信号频域的主瓣展宽，改变信号的频谱结构，影响近端相噪的的测量结果。针对时域加窗会改变信号频谱结构，从而影响信号近端相位噪声测量结果的问题，本发明提出了一种新的基于数字信号处理实现信号相噪测量的方法，据信号频率和采样率约束采样点数的数字信号处理方法，该方法可在消除窗长效应影响同时，不改变信号的频谱结构，克服时域加窗会改变信号频谱结构，从而影响近端相位噪声测量的缺陷，实现连续信号和脉冲信号相位噪声的精确测量。

Description

一种基于数字信号处理的相噪测量方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于数字信号处理的相噪测量方法。
背景技术
相位噪声是雷达在复杂环境下的小目标探测和成像等应用场景下关注的一个重要指标，如何实现信号相噪的准确测量是利用低相噪信号源进行目标探测和成像前提。传统的相噪测量方法需要借助低噪声频谱仪或相噪仪等价格昂贵的精密仪表，相比较而言，利用数字信号处理实现相噪测量的方法更灵活方便且成本低廉，是一种有效的信号相噪测量方法，但在利用数字信号处理的方法对信号进行相位噪声测量时，要采取相应的措施克服有限窗长导致的副瓣对相噪测量结果的影响。目前，通常采用的旁瓣抑制方法是在对采集信号做时域加窗处理，通过对采集信号时域加窗可以显著降低频域副瓣，消除旁瓣对远端相位噪声的影响，但时域加窗也会使信号频域的主瓣展宽，改变信号的频谱结构，影响近端相噪的的测量结果。因此，寻找一种既能抑制副瓣又不改变信号的频谱结构方法对准确测量信号的相噪有重要的意义。针对时域加窗会改变信号频谱结构，从而影响信号近端相位噪声测量结果的问题。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种新的基于数字信号处理实现信号相噪测量的方法，据信号频率和采样率约束采样点数的数字信号处理方法，该方法可在消除窗长效应影响同时，不改变信号的频谱结构，克服时域加窗会改变信号频谱结构，从而影响近端相位噪声测量的缺陷，实现连续信号和脉冲信号相位噪声的精确测量。
本发明首先根据被测信号
Figure 156094DEST_PATH_IMAGE001
的频率
Figure 439308DEST_PATH_IMAGE002
以及信号的采样率
Figure 730612DEST_PATH_IMAGE003
确定信号的采样点数
Figure 263224DEST_PATH_IMAGE004
，使得
Figure 420712DEST_PATH_IMAGE005
为整数，然后，对采样后信号
Figure 292853DEST_PATH_IMAGE006
的傅里叶变换得到
Figure 755058DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 774967DEST_PATH_IMAGE007
仅在
Figure 980820DEST_PATH_IMAGE008
时不为0，
Figure 707468DEST_PATH_IMAGE009
取其余值时均为零，这样就可以在不对信号作时域加窗处理的情况下，消除窗长效应导致的旁瓣对相噪测量的影响，最后，从
Figure 606154DEST_PATH_IMAGE007
上读取需要测量相噪的频率偏移点
Figure 316621DEST_PATH_IMAGE010
处的幅值，计算出信号在该频率偏移点处的相位噪声。包括如下具体步骤：
（1）根据信号
Figure 857324DEST_PATH_IMAGE011
的频率
Figure 704057DEST_PATH_IMAGE002
和采样率
Figure 304803DEST_PATH_IMAGE003
，确定采样点数
Figure 735522DEST_PATH_IMAGE004
使得
Figure 79915DEST_PATH_IMAGE005
为整数为整数，确定
Figure 46734DEST_PATH_IMAGE004
值的方法如下：
1）根据
Figure 21644DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 237861DEST_PATH_IMAGE003
的小数位数
Figure 323629DEST_PATH_IMAGE012
，将
Figure 941692DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 353082DEST_PATH_IMAGE003
分别乘以
Figure 994279DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 680475DEST_PATH_IMAGE014
，分别得到整数
Figure 356307DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 735336DEST_PATH_IMAGE016
；
2）计算
Figure 863829DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 58443DEST_PATH_IMAGE016
的最小公约数
Figure 385519DEST_PATH_IMAGE017
；
3）确定使
Figure 873132DEST_PATH_IMAGE005
为整数的
Figure 551238DEST_PATH_IMAGE004
的最小取值为
Figure 782500DEST_PATH_IMAGE018
；
4）
Figure 229661DEST_PATH_IMAGE004
的所有可能取值为
Figure 888176DEST_PATH_IMAGE019
。
（2）根据采样率
Figure 991261DEST_PATH_IMAGE003
和采样点数
Figure 822951DEST_PATH_IMAGE004
确定频谱分辨率
Figure 327882DEST_PATH_IMAGE020
。
（3）对采集的
Figure 954035DEST_PATH_IMAGE004
点数据
Figure 544416DEST_PATH_IMAGE021
做FFT得到
Figure 179797DEST_PATH_IMAGE007
，对
Figure 539234DEST_PATH_IMAGE007
的做峰值归一化和平滑处理。
（4）读取需要测量相噪的频率偏移点
Figure 38086DEST_PATH_IMAGE010
处的
Figure 912501DEST_PATH_IMAGE007
幅值，即：
Figure 289256DEST_PATH_IMAGE022
时
Figure 565517DEST_PATH_IMAGE007
的幅值，其中，中括号
Figure 736735DEST_PATH_IMAGE023
表示四舍五入取整。
（5）计算频率偏移点
Figure 301709DEST_PATH_IMAGE010
处的相位噪声
Figure 278892DEST_PATH_IMAGE024
。
本发明的有益效果在于：
本发明法克服了时域加窗会展宽频谱主瓣、改变信号频谱结构，从而影响近端相位噪声测量的缺陷，可实现连续信号和脉冲信号相位噪声的精确测量。
附图说明
图1 为基于数字信号处理的相噪测量流程图。
图2 为相噪测量结果示意图。
具体实施方式 现结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明具体包括五个步骤，对各步骤详细解释如下：
（1）根据信号
Figure 347342DEST_PATH_IMAGE011
的频率
Figure 751778DEST_PATH_IMAGE002
和采样率
Figure 538469DEST_PATH_IMAGE003
，确定采样点数
Figure 53764DEST_PATH_IMAGE004
使得
Figure 242300DEST_PATH_IMAGE005
为整数，本实施例中选用的信号
Figure 817638DEST_PATH_IMAGE011
的频率为
Figure 91624DEST_PATH_IMAGE025
，相噪为
Figure 410610DEST_PATH_IMAGE026
，采样率
Figure 220696DEST_PATH_IMAGE027
。确定
Figure 904619DEST_PATH_IMAGE004
值的具体过程如下：
1）根据
Figure 462639DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 522999DEST_PATH_IMAGE003
的小数位数
Figure 482865DEST_PATH_IMAGE028
，将
Figure 337688DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 648584DEST_PATH_IMAGE003
分别乘以
Figure 247055DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 61428DEST_PATH_IMAGE029
，分别得到
Figure 352732DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 88606DEST_PATH_IMAGE031
。
2）计算
Figure 553086DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 159648DEST_PATH_IMAGE016
的最小公约数
Figure 684170DEST_PATH_IMAGE032
。
3）确定使
Figure 140297DEST_PATH_IMAGE005
为整数的
Figure 142888DEST_PATH_IMAGE004
的最小取值为
Figure 869535DEST_PATH_IMAGE033
。
4）
Figure 564959DEST_PATH_IMAGE004
的所有可能取值为
Figure 744268DEST_PATH_IMAGE019
，本实施例中取
Figure 753812DEST_PATH_IMAGE034
，采样点数
Figure 662862DEST_PATH_IMAGE035
。
（2）根据采样率
Figure 201291DEST_PATH_IMAGE036
和采样点数
Figure 195792DEST_PATH_IMAGE037
确定频谱分辨率
Figure 477868DEST_PATH_IMAGE038
。
（3）对采集的
Figure 241425DEST_PATH_IMAGE037
点数据
Figure 950755DEST_PATH_IMAGE039
做FFT得到
Figure 432552DEST_PATH_IMAGE040
，对
Figure 518320DEST_PATH_IMAGE040
的做峰值归一化和平滑处理，处理结果如图2所示。
（4）读取需要测量相噪的频率偏移点
Figure 136383DEST_PATH_IMAGE041
处的
Figure 49237DEST_PATH_IMAGE007
幅值，即
Figure 690434DEST_PATH_IMAGE042
时
Figure 376631DEST_PATH_IMAGE007
的幅值
Figure 52463DEST_PATH_IMAGE043
，其中，中括号
Figure 165912DEST_PATH_IMAGE023
表示四舍五入取整。
（5）计算频率偏移点
Figure 294405DEST_PATH_IMAGE010
处的相位噪声：
Figure 784292DEST_PATH_IMAGE044
，测量准确度在1dB以内，满足应用要求。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于数字信号处理的相噪测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）根据信号
Figure 952372DEST_PATH_IMAGE001
的频率
Figure 439985DEST_PATH_IMAGE002
和采样率
Figure 321353DEST_PATH_IMAGE003
，确定使得
Figure 349352DEST_PATH_IMAGE004
为整数的采样点数
Figure 232732DEST_PATH_IMAGE005
；
（2）根据采样率
Figure 953564DEST_PATH_IMAGE003
和采样点数
Figure 56649DEST_PATH_IMAGE005
确定频谱分辨率
Figure 888339DEST_PATH_IMAGE006
；、
（3）对采集的
Figure 127690DEST_PATH_IMAGE005
点数据
Figure 19423DEST_PATH_IMAGE007
做FFT得到
Figure 609804DEST_PATH_IMAGE008
，对
Figure 182868DEST_PATH_IMAGE008
的做峰值归一化和平滑处理；
（4）读取需要测量相噪的频率偏移点
Figure 604622DEST_PATH_IMAGE009
处的
Figure 604939DEST_PATH_IMAGE008
幅值，即
Figure 479354DEST_PATH_IMAGE010
时
Figure 856109DEST_PATH_IMAGE008
的幅值，其中，中括号
Figure 132369DEST_PATH_IMAGE011
表示四舍五入取整；
（5）计算频率偏移点
Figure 303588DEST_PATH_IMAGE009
处的相位噪声
Figure 665299DEST_PATH_IMAGE012
。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字信号处理的相噪测量方法，其特征在于：步骤（1）中确定采样点数
Figure 81630DEST_PATH_IMAGE005
的方法包括：
Figure 415659DEST_PATH_IMAGE013
根据
Figure 820096DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 606786DEST_PATH_IMAGE003
的小数位数
Figure 122081DEST_PATH_IMAGE014
，将
Figure 310617DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 885955DEST_PATH_IMAGE003
分别乘以
Figure 159941DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 478927DEST_PATH_IMAGE016
，分别得到整数
Figure 521970DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 471471DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 29491DEST_PATH_IMAGE019
计算
Figure 89851DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 49717DEST_PATH_IMAGE018
的最小公约数
Figure 403076DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 713971DEST_PATH_IMAGE021
确定使
Figure 312443DEST_PATH_IMAGE004
为整数的
Figure 330078DEST_PATH_IMAGE005
的最小取值为
Figure 683699DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 153994DEST_PATH_IMAGE023
Figure 352894DEST_PATH_IMAGE005
的所有可能取值为
Figure 225035DEST_PATH_IMAGE024
。
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